大关露天煤矿年产120万吨开采设计分析

大关露天煤矿年产 120万吨开采设计分析

袁明飞 陈玉霞

云南可保煤矿有限公司，云南 昆明 652100

摘 要 为了设计大关露天煤矿生产能力满足年产量为120万吨，通过对该露天煤矿自然环境、井田地质特征、矿井储量和生产能力等进行设计分析，设计其开拓方式采用斜井开拓方式，开采方式采用双滚筒采煤机-单斗挖掘机采装—胶带运输机—推土机排土开采工艺。该煤矿含煤层总共有5层，其中可采煤层有4层，煤层厚度3.38～10.47m，平均厚度为7.38m，煤层厚度变化小，煤层倾角倾为1~5°，煤矿设计储量为6378.02万吨，大关煤矿年产量达120万吨满足设计要求。

关键词 大关露天煤矿 年产量 开采工艺 可采煤层 设计储量

中图分类号 TD824； 文献标志码 A

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0引言

露天开采是一种历史悠久的采矿方法，其特点是开采能力强，建设速度快、劳动效率高、生产成本低、资源回采率高^[1]-[3]。因为独特的优点，近百年来世界各国首先发展露天煤矿，其开采规模、方法、工艺、技术、装备等各方面都取得前所未有的突破。随着开采装备水平的快速提高，我国露天煤矿也得到迅速发展，工艺技术水平显著提升，产能规模快速攀升，露天煤矿产量已跃居世界第二，我国已成为露天采煤大国和强国^[4]-[5]。

1开采矿区概况

该矿井位于大关煤田普查区，井田面积为58.76m2，隶属于开羊市木里乡管辖，矿区距开羊市区约7.5km,向北距沙色镇大约有25.2km，向西经大松树与内阳线沥青路相连接，经过普口湾与113国道相连接，其中矿井井田至大松树村为简易土路直线距离约为6.8km，大松树村至普口湾35km，向南边距陕西省界不到3.9km。

该煤矿主要可采煤层有2号、3号、4号和5号煤层共四层，各煤层存储相对较为稳定，经过探明煤田地质储量约40.0Mt。每个煤层平均灰份含量均小于11%，煤层的含硫量较低，原煤平均含硫量小于0.35%，煤层发热量平均为28.2kJ/g，属于含灰量低、特低硫、发热量中高的低粘性煤层，是一种良好的民用和工业用煤，深受附近各大发电厂和村民的欢迎。

2井田地质特征

2.1 井田地形概况

该井田位于平原高级储量区，经过调查勘探说明该矿井的地质构造和复杂形态，主要褶皱得到控制，其控制主要断层的位置和落差，明确可采煤层的层数、位置、厚度和范围，详细了解陷落柱对煤层的影响，分析可采煤层的特征，确定各煤层的煤为单一的无烟煤，分析表明直接充水含水层和间接充水含水层的岩性、厚度、埋藏条件，详细了解可采煤层的顶、底板的工程地质特征，储量计算利用工程质量可靠，各级储量圈定合理。

2.2 井田地层构造

根据地面特征和地勘钻孔情况，井田内的地层分别是奥陶系、石炭系、二叠系、第四系。

奥陶系是根据根据地勘钻孔资料，地面尚未出露，岩性为兰灰色的，致密厚层状石灰岩，顶部为浅黄色的泥灰岩。石炭系中的本河组主要为浅灰色的铁质泥砂岩，局部沉积有薄煤层及浅紫色铁矿，其平均厚度为12.40m。二叠系中底部以K₇砂泥岩与太原组为分界，其岩性分为灰黑色的泥石岩、砂岩和煤层，厚度介于50.27~60.43m之间，平均厚度为54.69m。第四系主要为浅红色亚粘土和淡灰色亚砂土、粉砂土，分布于丘陵盆地之上的地区，厚度介于0~55.78m之间，与下伏地段煤层存在不整合接触面。

2.3 井田地质构造

井田位于平原矿区西部，即单斜下部，井田内褶皱和断层发育，南北构造特征各异，发育的褶皱如下：

(1)普家沟向斜：位于井田东南界处，轴向近南北边，南部略偏西侧，东翼倾角3~7°，西翼倾角10°，向北倾伏于煤矿井田内，在617、618、619号钻孔间形成盆状向斜，轴向延展长度3000m。

(2)普家沟状背斜：位于东南边界之外的普家沟煤矿，轴向平行于普家沟向斜，轴部较平缓，向北倾伏，轴向延展长度1800m。

(3)大松树村底向斜：位于635号钻孔与大松树村，632号与638号钻孔之间，轴向N60°E，向南至太原边界转为N30°E，东侧翼倾角8~11°，西翼于637~632号钻孔间产生轴向为SW向的附生背斜至曹家沟一带转为轴向N36°E的单斜产状，该向斜轴向延展长度3000m，其矿井内延伸长度为1000m左右。

3 煤层特征

该矿井内主要含煤层是本西组和太原组两个组，共含煤层为5层，其中可采煤层为4层，含煤层总厚平均值为133.15m，而煤层总厚度为14.42m,其中可采煤层总厚度为11.27m，含煤系数为8.56%。

煤质：该矿井各可采煤层均为灰黑色~黑色，其主要颜色为黑褐色，其色泽为金属～半金属光泽，煤质在裂隙中不断发育，层数是参差次不齐、具有粒状结构、夹亮煤层带、块状～粒状构造，煤质的真实密度介于1.45~1.50，视密度介于1.40~1.45,摩氏硬度介于1.5~2.5，质地较软、易污手。2号、3号煤层底部煤质较软易碎，4号、5号煤层含灰色铁矿结核多。

瓦斯、煤尘及自燃性：根据矿井地质报告，勘探中的608、612、622、643号四个钻孔取3号~5号煤瓦斯样试验，从试验结果分析可知矿井内四个可采煤层瓦斯含量均偏低，开采的3号~5号四个可采煤层经鉴定均为低瓦斯煤层。根据煤层爆炸性试验可得到火焰长度为0，自燃倾向性测试结果为吸氧量为1.0484cm³/g，可采煤层自燃发火等级为3级，属于不易自燃煤层。

4 矿井储量及开采工艺

4.1 矿井设计储量计算

矿井永久煤柱损失计算是综合考虑了井田边界、采空区、公路等留设出煤柱的损失，其中矿井边界的煤柱留设20m宽；采空区的煤柱留设30m宽，公路的煤柱在其边线外留出保护等级维护带宽度，然后按照各层的移动角计算出水平移动长度，所有岩层水平移动长度之和即为维护带外煤柱的宽度。经过计算分析，矿井设计储量为63.78Mt，详见表1所示。

表1 矿井设计储量汇总表

矿井设计可采储量按下式计算：

式中：

Z_s—矿井设计储量；

Z_g—矿井工业储量；

_{P—永久煤柱损失量按工业储量的5%~7%取值，本设计取5％。}

该矿井设计储量Z_S＝6857×（1-7％）＝6377.02万吨。

4.2 设计生产能力

矿井生产能力主要受煤层储存条件、煤储量、矿井装备条件、交通运输条件和市场条件等多方面的制约，总矿井能利用储量68570.0kt，设计储量63775.4kt，通过以上分析该矿井具备建设大型矿井的资源所有条件。该矿井内共有五层煤层，其中四层煤层是属于可采煤层，各煤层埋藏相对较浅，各煤层间距总共20米左右，其中2号煤层属于薄煤层，3号煤层属于厚煤层，4号煤层属于中厚煤层，5号煤层属于厚煤层。

4.3 设计服务年限

一号井服务的一采区和二采区范围内2号煤和3号煤设计可采储量共24177kt，则一号井服务年限：

式中：

T—矿井设计服务年限，a；

Z_K—矿井可采储量，kt；

A—矿井设计生产能力，kt/a;

K—储备备用系数，取1.4。

二号井服务的三采区和四采区范围内4号和5号煤设计可采储量共39146kt，则二号井服务年限：

式中：

T—矿井设计服务年限，a；

Z_K—矿井可采储量，kt；

A—矿井设计生产能力，kt/a;

K—储备备用系数，取1.4。

根据设计要求，一号井区和二号井区服务年限都是大于20年，其中一号井区的服务年限为28年，二号井区的服务年限为46.6年。

4.4 矿井开拓及开采

本次设计从井简垂深、煤层储存形状及范围、煤层层间距及开采技术条件、井田内地形地貌特征、煤层出露情况、水文地质条件及公路运输条件等方面进行分析，该井田既适用于斜井开拓方式。根据煤层存储情况和矿井开拓方式，将该矿井井田划分为四个采区，即该地一号井开拓开采一采区和二采区，该地二号井开拓开采三采区和四采区。矿井投产后一号井开拓开采一采区→二采区，二号井开拓开采三采区→四采区，各首采区工作面条带前进式布置，回采工作面回采采用长壁后退式开采。

5 结论

从工程地质勘探和开采方案选择及分析计算可知，工程位置合理交通极为方便，地形地貌和水文地质的调查满足设计要求，设计其开拓方式采用斜井开拓方式，采用双滚筒采煤机-单斗挖掘机采装—胶带运输机—推土机排土开采工艺，煤矿含煤层总共有5层，其中可采煤层有4层，该煤矿年产总量120万吨设计要求。

参考文献

[1]田 会，白润才等. 中国露天采矿的成就及发展趋势[J].露天采矿技术,2019,34(1):1-9.

[2]才庆祥,洪宇.露天煤矿高效开采新技术[M].徐州：中国矿业大学出版社.2008.

[3]李浩荡，佘长超等. 我国露天煤矿开采技术综述及展望[J].煤炭科学技术,2019,47 (10):24-35.

[4]赵 浩. 新时代露天煤矿发展趋势、面临的问题及相关建议[J].煤炭经济研究,2019, 34(4):20-24.

[5]赵红泽,甄选,厉美杰.中国露天煤矿发展现状[J].中国矿业,2016,25(6)：12-16.

作者介绍：袁明飞（1974—)，男，汉族，工程师，研究方向：露天开采设计及露天调度管理。

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